М.Х. Джонс - Электроника практический курс (1055364), страница 47
Текст из файла (страница 47)
Таким образом, как при подъеме, так и при спаде напряжения всегда имеется отпираюшийся транзистор, через который происходит заряд или разряд емкости нагрузки, и поэтому переключение происходит быстро. В эмитгер р-и-р транзистора включен резистор 100 Ом для ограничения пикового тока, протекающего во время переключения, когда оба транзистора проводят одновременно; иначе транзисторы будут создавать короткозамкнугую цепь для источника питания, что может быть опасно как для транзисторов, так и для источника питания. В большинстве логических ИС применяется активное вытягивание.
В популярной серии логических схем 74НС на каждом выходе стоит комплементарная пара МОП-транзисторов, в то время как в серии 741 5 (аналог серии 555 — Прим, перев.) применена пара биполярных л-р-н транзисторов, запитываемых противофазно, так что один транзистор открыт, когда другой заперт. 10.7 Развязывающне конденсаторы в нмпульсных схемах Развязываюшие конденсаторы очень полезны как средство, обеспечивающее изоляцию по постоянному току между каскадами усилителя, не препятствуя при этом нормальному прохождению переменных сигналов звуковых частот. Сказанное относится к случаю, когда средний уровень сигнала равен нулю; то есть когда средние за период положительные отклонения совпадают по величине с отрицательными средними отклонениями.
Однако последовательности импульсов в большинстве своем имеют именно одну полярность, обычно положительную, и использование развязывающих конденсаторов может привести к неожиданным результатам. Особенно критичны в этом отношении видеосигналы, которые являются асимметричными. Проблему развязываюшего конденсатора можно проиллюстрировать, подав прямоугольный сигнал (например, с выхода схемы, приведенной на рис. 10.2) на вход ЯС-цепи, показанной на рис.
10.12, и наблюдая осциллографом форму этого сигнала (усилитель вертикального отклонения осциллографа должен быть включен в режим работы по постоянному току). На выходе будет наблюдаться сдвиг сигнала по отношению к уровню, показанному на рис. 1О.! 3(а), вниз, как показано на рис. 10.13(Ь). Постоянная времени развязывающей йС-цепи выбрана преднамеренно большой, так чтобы наблюдаемый сдвиг уровня постоянного напряжения происходил постепенно в течение нескольких секунд. Этот сдвиг уровня вызван тем фактом, что развязываюший конденсатор заряжается до напряжения, равного значению постоянной составляющей входного сигнала.
Когда входной сигнал является обычным гармоническим колебанием, его средний уровень, то есть уровень получаемый усреднением за несколько периодов, равен нулю; но здесь, мы имеем дело с последова- Развязыеающие конденсатора в импульсных схемах 259 Рис. 10.12.
Эксперимептваьнвв цепь с рвзввзыввюшкы коиленсвтором, леыонстрируюшвя потерю постоянной сосгввляюшей. на +9 В ° » вв гы +9 В вв — 9В Рис. 10.13. Влияние рвзвязыввюшего конденсаторе нв положительный прямоугольный сигнал: (а) вхолной сигнал, (а) выхолпой сигнал, слвинугый по уровню. тельносгью только положительных импульсов, средний уровень которой задается линией, проходящей через «центр тяжести» сигнала, то есть так, что плошадь сигнала над средним уровнем равна площади сигнала под ним. Поскольку площадь сигнала пропорциональна переносимому заряду, сигнал справа от развязываюшего конденсатора оказывается таким, что его среднее значение равно нулю, обеспечивая выполнение условия равновесия с нулевым суммарным изменением заряда на конленсаторе. В случае, изображенном на рис. 10.!3, около половины амплитуды импульса будет потеряно, если схема, следующая за развязывающей цепью, реагирует только на положительные импульсы.
Более того, если скважность входной последовательности импульсов изменяется (то есть длительность импульса изменяется по отношению к интервалу между ними), то будет изменяться и постоянный средний уровень. Таким образом, соотношение между амплитудами положительного и отрицательного полупернодов (рис. 10.
!3(Ы) будет меняться. Если положительные входные импульсы становятся очень длинными по сравнению с промежутками между ними, то амплитуда выходного сигнала в положительные полупериоды становится столь 260 Импульсные сигналы и поснголнные времени малой, что какая-нибудь последующая схема может прореагировать ошибочно, и импульсы будут потеряны.
16.8 Фиксирующий диод Схема, приведенная на рис. ! 0.14, позволяет решить проблему сдвига постоянной составляющей, обусловленную развязываюшим конденсатором. Диод обеспечивает путь для быстрого заряда конденсатора, «фиксируя» выходное напряжение на уровне 0 В, когда входное напряжение равно нулю, и предотвращая, таким образом, сдвиг уровня постоянного напряжения (рис.
10.15). По этой причине рассматриваемую диодную схему иногда называют схемой воссглановленил посглоянной сосглавллюигей. Интересно подать синусоидальный сигнал на схему с восстановлением постоянной составляющей. Через диод конденсатор действительно будет заряжаться до пикового значения синусондального сигнала в пределах отри- Рис. 10.14. Схема с розвязывоюшим конденсатором и фиксирующим диодом, обсспсчивоюдгая восстановление постоянной составляющей. ов +о в »«« ов Рис. !О.!5. Входной и выходной сигналы в схеме с фиксирующим диодом. Постоянная времени цели с развязываннцим конденсатором 261 цательного полупериода, и «восстанавливать» постоянную составляюшую напряжения, которой вовсе нет в исходном сигнале.
Весь сигнал сдвигается так, чтобы стать полностью положительным. Чтобы избежать искажений синусоидального сигнала во время протекания относительно большого тока заряда, сигнал на схему восстановления постоянной составляюшей следует подавать от источника с малым сопротивлением, например, с выхода генератора, рассчитанного на подключение громкоговорителя. Небольшое замечание к рис.
10.15: выходное напряжение фактически опускается на величину около О,б В ниже уровня 0 В, соответствуюшего разности потенциалов на кремниевом диоде при смешении в прямом направлении; то же самое происходит при синусоидальном входном сигнале. Нет причин, по которым фиксируюший диод должен был бы осушествлять фиксацию сигнала только на уровне 0 В. Если «заземленный» конец диода (рис.
10.14) подключить к источнику постоянного напряжения, положительного или отрицательного, то схема будет фиксировать сигнал на этом уровне. Если диод перевернуть, то это повлияет на заряд конденсатора таким образом, что фиксация будет осушествляться по максимальному значению сигнала, а не по минимальному. 10.9 Постоянная времени цепи с развязывающим конденсатором Ло сих пор мы рассматривали влияние развязываюшего конденсатора в случае, когда постоянная времени была очень большой по сравнению с длительностью импульса.
Если в схеме, показанной на рис. 10.12, уменьшить величину емкости конденсатора С с 10 мкФ до 1О нФ и подать на вход прямоугольный сигнал с частотой около 500 Гц, то наглядно проявится эффект несоответствия постоянной времени требованию неискаженной передачи. Примерный вид входного и выходного сигналов изображен на рис. 10.16: выхолной сигнал имеет явный наклон на тех отрезках времени, на которые приходятся горизонтальные участки входного сигнала. Обьяснение состоит в следуюшем; постоянная времени настолько мала, что конденсатор имеет возможность немного заряжаться и разряжаться в течение периода колебания; в действительности наклонные линии в выходном сигнале, вверху и внизу, представляют собой части экспоненциальных кривых заряда и разряда дС-цепи. При малых отклонениях, экспоненту 1 = е' ехр(- г/ЛС) можно аппроксимировать прямой, учитывая только два первых члена разложения в ряд, то есть (10.12) о=!г 1 —— Так, если длительность импульса равна г„, то относительный спад сигнала, показанного на рис.
10.16, равен (10.13) РС 262 Илгнульсные сигналы и настоянные времени ов ов чв врся» Рнс. !О. !6. Прохождение прямоугольного колебания через ЯС-цепь с неправильно выбранной постоянной времени. Наклон можно выразить также через нижнюю граничную частоту )н определяемую по уровню — 3 дБ. Как и в параграфе 8.2, справедливо равенство: 2гр'; = !/)1С, поэтому из уравнения (!0.13) имеем: — =2ф;г„..
д)г (!0.14) и Таким образом, для усиления длинных импульсов требуется, чтобы у усилителя была отличная характеристика в области нижних частот. Например, используя полученное выше соотношение, получаем, что в случае, когда при длительности импульса ! мс требуется, чтобы спаа был менее 1%, необходимо, чтобы нижняя граничная частота усилителя, определенная по уровню -3 дБ была не выше 1,7 Гц. Когда нужно одновременно учесть это требование и решить проблему потери постоянной составлявшей при прохождении сигнала через развязываюший конденсатор, легко понять, почему в импульсных усилителях связь по постоянному току предпочтительнее. 10.10 Дифференцирование и интегрирование Если в схеме с развязываюшим конденсатором постоянную времени ЯС сделать очень малой по сравнению с длительностью импульса, то он искажается до неузнаваемости, выходной сигнал принимает вид продифференцированного входного сигнала, Если на вход г1С-схемы с С = ! нФ и Я = 10 кОм (рис.
10.17) подать импульсы (сформированные схемой, приведенной на рис. 10.2) с частотой 500 Гц, то выходной сигнал будет иметь внд, показанный на рис. 10. !8, и его можно считать результатом крайнего несоответствия постоянной времени. Конденсатор сначала пропускает положительный фронт сигнала, но Дифференцирование и интегрирование 2бЗ затем быстро заряжается до напряжения +9 В, давая на выходе только узкий импульс. Когда напряжение входного сигнала возврашается к нулю при отрипательном перепаде, выходное напряжение сначала падает до -9 В, благодаря заряду на конденсаторе, но затем конденсатор быстро разряжается, а на выходе формируется только узкий импульс. Только в том случае когда входной сигнал имеет время нарастания и спада много меньше постоянной времени АС, полный размах выходного импульсного сигнала равен я9 В; затянутые фронты позволяют конденсатору зарядиться прежде, чем он полностью передаст амплитуду импульса.
Рис. 10.17. Диффсрсниируюшая пспь. +ча ча +чв чв —— -чв Рнс. 10.18. Типичная форма сигналов на входе и выходе дифферснпируюшей пепи. Тот факт, что выходные импульсы появляются только тогда, когда входной сигнал изменяется, объясняет, почему зта схема называется дифференпиатором. Отметим, что при положительной скорости изменения входного напряженияс!ч,„/пг выходной импульс получается положительным, а при отРипательном значениис!сы/с!1 полУчаетсЯ отРипательный импУльс. Легко найти теоретическую связь между входным и выходным сигналами для 1тС- дифференпиатора. Согласно рис.
!О.!7, выходное напряжение есть просто разность потенпиалов на резисторе Я, то есть тчы = И. 264 Импульсные сигналы и постоянные времени Если а — мгновенное значение заряда на конденсаторе, то Теперь, если период входного сигнала намного больше постоянной времени ВС, то д и Сгы, поэтому гЬы г =ЯС вЂ” ".
оы (!0.15) Если на вход дифференциатора подается синусоидальный сигнал Уы = ! 5(пои, то следует ожидать, что сигнал на его выходе будет равен г!р|п у = гсС = оисСУС05ох. ОО! Д У С (10.16) Я ьмг Рис. 10.19. Иитегрируюшая пель. С физической точки зрения это означает, что сигнал на выходе имеет ту же форму, что и на входе, но опережает его по фазе на 90', а его амплитуда прямо пропорциональна частоте. Эти характеристики точно согласуются с экспериментом и указывают на то, что мы находимся в области спада на низких частотах с наклоном 6 дБ/октаву, где амплитуда выходного сигнала прямо пропорциональна частоте входного сигнала, а сдвиг фаз равен 90' в полном соответствии с нашим рассмотрением фильтра верхних частот первого порядка в параграфе 8.2. Таким образом, дифференциатор — это просто другой вариант описания фильтра верхних частот.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
